Einfluss gängiger chemischer Elemente auf die Eigenschaften von Metallmaterialien

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Einfluss gängiger chemischer Elemente auf die Eigenschaften von Metallmaterialien 1. Einfluss auf die Eigenschaften von Stahl (1) Je höher der Kohlenstoffgehalt, desto härter ist der Stahl und desto besser ist seine Abnutzungsbeständigkeit. Allerdings nehmen dabei die Dehnbarkeit und Zähigkeit ab. (2) Schwefel ist ein schädlicher Verunreiniger im Stahl. Stähle mit hohem Schwefelgehalt neigen beim Pressen bei hohen Temperaturen dazu, brüchig zu werden. Dieses Phänomen wird üblicherweise als Wärmebrüchigkeit bezeichnet. (3) Phosphor kann die Dehnfähigkeit und Zähigkeit von Stahl erheblich verringern – insbesondere bei niedrigen Temperaturen ist dieser Effekt besonders stark. Dieses Phänomen wird als Kaltbrüchigkeit bezeichnet. In hochwertigem Stahl müssen die Gehalte an Schwefel und Phosphor streng kontrolliert werden. Andererseits kann ein höherer Gehalt an Schwefel und Phosphor im Niederkohlenstahl dazu führen, dass die Schneidspäne beim Schneiden leichter abbrechen. Dies ist vorteilhaft, um die Schneidbarkeit des Stahls zu verbessern. (4) Mangan kann die Steifigkeit des Stahls erhöhen, die negativen Auswirkungen von Schwefel beseitigen oder verringern sowie die Härtefähigkeit des Stahls verbessern. Hochlegierte Stähle mit hohem Mangangehalt (Manganstähle) weisen eine gute Abnutzungsbeständigkeit sowie weitere positive physikalische Eigenschaften auf. (5) Ein erhöhter Siliziumgehalt kann die Härte des Stahls erhöhen, doch die Dehnfähigkeit und Zähigkeit nehmen ab. Ein bestimmter Siliziumgehalt im Stahl für Elektrotechnik kann die weichmagnetischen Eigenschaften verbessern. (6) Tungsten kann die Rothärte und Wärmebeständigkeit von Stählen erhöhen sowie ihre Abnutzungsresistenz verbessern. (7) Chrom kann die Härte und Widerstandsfähigkeit des Stahls erhöhen, seine antioxidativen Eigenschaften verbessern sowie seine Korrosionsbeständigkeit steigern. (8) Vanadium kann die Kornstruktur des Stahls verfeinern und somit seine Steifigkeit, Zähigkeit sowie Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung erhöhen. Wenn es bei hohen Temperaturen in den Austenit übergeht, kann dies die Härteverträglichkeit des Stahls erhöhen. Umgekehrt verringert es die Härteverträglichkeit des Stahls, wenn es in Form von Karbiden vorliegt. (9) Molybdän kann die Härtebehandlungseigenschaften von Stahl erheblich verbessern, die Wärmebeständigkeit steigern, eine Verhärtung durch Rückgehärtung verhindern sowie den Restmagnetismus und die Kohäsionskraft erhöhen. (10) Titan kann die Kornstruktur des Stahls verfeinern, wodurch die Steifigkeit und Zähigkeit des Stahls verbessert werden. In Edelstahl kann Titan das Phänomen der interkristallinen Korrosion des Stahls beseitigen oder verringern. (11) Nickel kann die Steifigkeit und Zähigkeit von Stählen erhöhen sowie ihre Härte verbessern. Bei hohem Gehalt kann es einige physikalische Eigenschaften von Stählen und Legierungen erheblich verändern und außerdem die Korrosionsbeständigkeit der Stähle steigern. (12) Die Wirkung von Bor ist folgende: Wenn im Stahl Spuren von Bor in Höhe von 0,001–0,005 % enthalten sind, kann die Härte des Stahls um ein Vielfaches erhöht werden. (13) Aluminium kann die Kornstruktur von Stahl verfeinern, die Alterung von Niederkohlenstoffstählen hemmen und die Zähigkeit des Stahls bei niedrigen Temperaturen erhöhen. Aluminium kann außerdem die Oxidationsbeständigkeit von Stahl verbessern sowie die Abnutzungs- und Belastbarkeit von nitriertem Stahl erhöhen. (14) Die herausragende Funktion von Kupfer im Stahl besteht darin, die Widerstandsfähigkeit gegen atmosphärische Korrosion bei herkömmlichen niedriglegierten Stählen zu verbessern – insbesondere in Kombination mit Phosphor.